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【疑问】为何矢量空间的对偶对偶空间自然认同?

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标题:为何矢量空间的对偶对偶空间自然认同?
我们知道,把矢量映射成实数的全体线性映射构成矢量空间V的对偶空间V*,进一步地,把对偶矢量映射成实数的全体线性映射构成对偶空间V*的对偶空间V**。
然后梁书就直接认为V**和V自然认同,直接认为它们一样了。这个论述第一次出现时我并没有意识到它们之间自然认同有什么重要意义,当我看到了张量部分,把(1,0)型张量当做是矢量的理由就是因为V和V**自然认同时,我才注意到这个问题。
梁书中是这么说明它们自然认同的:书中建立了一个映射v**(ω)=ω(v) ∀ω∈V*,然后就认为它们互相同构了,便认为它们是同一个东西。问题是矢量和对偶矢量也是同构的,但并没有认为它们是同一东西呀?如果说是因为那个映射很“自然”,而矢量空间和其对偶空间找不到这样“自然”而“特殊”的同构映射,那就太模糊了,什么叫“自然”的?为什么存在“自然”的同构映射就能认为它们一样?


IP属地:广东来自iPhone客户端1楼2018-12-24 19:33回复
    任何同维数的线性空间都是同构的,但一般说来,两个同构的线性空间的同构映射却有无穷多种,没有哪一个同构映射比其它映射更优越。然后,有时候两个线性空间,它们之间存在一种“自然”的同构映射,它具有唯一性,也就是说,它是无穷多种同构映射中唯一具有“自然”属性的同构映射。因此,我们可以在不加任何其它条件的前提下,唯一指定该“自然同构映射”为两空间的同构,而不致引起混乱。


    2楼2018-12-24 22:00
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      我的主要问题就是不满足于类似梁书已经梁自己讲课视频中那种“哲学化”的解释,我需要的是比较具体化的对“自然”的同构的定义,而不是模糊不清的所谓有一个独一无二的同构映射,如果有人能给一个具体的证明就更好了。


      IP属地:广东来自iPhone客户端3楼2018-12-24 23:18
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        不懂帮顶。梁书还有一个对偶微分形式与微分形式形成同构,它们也可以代表同一个物理量;还有用度规在矢量空间与对偶矢量空间建立同构。


        IP属地:上海来自Android客户端4楼2018-12-25 09:41
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          IP属地:河南5楼2018-12-25 10:33
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            IP属地:河南6楼2018-12-25 10:43
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              弱弱的说一句,我局的老张说滴甚有道理。


              7楼2018-12-26 19:51
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                数学中的“自然(natuaral)”,“典则(canonical)”之类的词在不同环境里有不同含义,但基本思想是“不依赖于(坐标系,基底,。。。)的选择”。换句话说它是与生俱来的,或者说随着牵涉到的对象本身的定义而来的。这也是为什么说它是“自然”的。
                就矢量空间而言,我们知道任何两个同维数的(实/复)矢量空间都同构。原因很简单,如果n维矢量空间U具有基底 e_1, ..., e_n,V 具有基底 f_1, ..., f_n,那么我们把 e_1 映到 f_1,。。。,e_n 映到 f_n,再线性扩展到其它元素,U到V的同构就构造出来了。但是,这个构造明显依赖于e_i 跟 f_i 的选择。如果在U或V中另选一组基底,同样的构造法就会得出完全不同的同构。
                可是V跟V**的情况却有所不同。我们已经知道矢量空间跟它的对偶空间维数是相同的,所以V跟V**必定同构,而如果像上面那种做法,我们肯定也可以做出两者之间的同构,坏处是这种同构会同样依赖于V跟V**的基底的选取。
                但是我们还可以利用V**的特殊性来构造下面的同构:任取V中矢量v和V*中矢量w*,我们定义v在w*上的作用为 v(w*) = w*(v)。这个定义是有意义的,因为w*作为V*中元素是V上线性函数,所以上面等式右边应该得到一个实数,并且这种作用是线性的。换句话说,你随便给我一个v,我就能构造出一个V*上的线性函数,或者说V**中的元素。这正是一个V到V**的映射。容易验证这个映射是线性同构。这样定义出来的同构是唯一确定的并且跟基底选取无关,因为我在定义过程中根本就没有用到V跟V**的基底。这就是为什么我们认为V跟V**是天然同构的,甚至在应用过程中往往不区分两者。


                8楼2018-12-27 06:46
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                  矢量空间的二要素:集合及作用于该集合上的线性运算
                  复平面的矢量X=x+iy,由集合R²生成,其全体集合构成二维矢量空间


                  IP属地:河南9楼2018-12-27 15:45
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                    X的共轭矢量X*= x-iy,按复数乘法作用于X时,有
                    X*(X)=(x-iy)·(x+iy)=x²+y²∈R¹
                    所以,X*是X的对偶矢量。


                    IP属地:河南10楼2018-12-27 15:45
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                      不好玩,老被吃&喽


                      IP属地:河南13楼2018-12-27 16:02
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                        续,试试


                        IP属地:河南14楼2018-12-27 16:03
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                          IP属地:河南16楼2018-12-27 16:20
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                            好帖子,学习一下。由运算法则组成的线性空间理解上有点难度。


                            IP属地:辽宁来自Android客户端17楼2018-12-30 01:19
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                              这个不需要纠结,很简单。
                              普通的(1,1)张量,你要自己人工定义规则。
                              而V与V*上的这个张量,从你定义好V上的线性函数的那一刻起,它就【自然】出现了,不需要额外手动定义。


                              IP属地:北京18楼2018-12-30 08:22
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